C# NModbus RTU串口通信

Modbus RTU 串口通信

虚拟串口工具：https://www.virtual-serial-port.org/

Modbus调试工具：https://www.modbustools.com/download.html

NOTE：都是付费软件，但是网上有盗版。

添加两个虚拟串口，这两个虚拟串口是互相连通的：

串口调试工具：https://github.com/SuperStudio/SuperCom

保证两个串口可以互相通信，然后打开Modbus Slave，并连接到COM2：

打开串口调试工具，先手工构造消息，熟悉一下Modbus协议。

NOTE：Modbus协议规范网上有中文版可以下载。

CRC计算工具：https://crccalc.com

位于地址1的设备的数据类型是线圈，现在读取1号设备的前4个线圈数据：

请求：

计算器计算出的校验码是 C9 3D，但不能直接用，要将高位字节和低位字节反转，即 3D C9 。

响应：

根据协议规范：

• 响应数据数据从低位到高位起，依次对应设备中的线圈寄存器地址。
• 如果结果数量大于8个，则再加一个字节，新加的字节从低位到高位，依次对应剩余的寄存器地址（8 ~ N）。
• 如果数据数量不是8的倍数，则在高位补零。

所以可以看到1号设备的前三个寄存器值都是0，第4个（3号地址）值是1。

再试一下，读取1号设备前9个线圈的数据：

响应：

从响应结果来看，前10个寄存器中，地址为3、6、7、9的这四个寄存器值为1，其他都是0 。

看下模拟器是不是这样：

没毛病。注意地址为B的那个寄存器值也是1，但它是第12个寄存器，我们只请求了前10个，所以只给了前十个寄存器的值，剩余的比特位协议规定要补零，因为要按字节对齐。

再试一下发个错误的报文，看下错误响应。

错误类型：校验码错误

错误请求：01 01 00 00 00 0A BC 00

结果：无响应

错误类型：读取线圈数量65535

错误请求：01 01 00 00 FF FF 3D BA

结果：

Modbus协议规范中的异常码说明：

1号设备一共只有16个寄存器，要读取65535个寄存器，得到的响应是03：非法的数据值。

NModbus

NMondbus是C#中Modbus通信协议的一个实现。

安装

打开NuGet控制台，或者包管理器，安装下面两个包。NModbus.Serial 用于串口通信。

PM> Install-Package NModbus
PM> Install-Package NModbus.Serial

官方示例

NMondbus Github仓库地址：https://github.com/NModbus/NModbus.git

官方示例：https://github.com/NModbus/NModbus/blob/master/Samples/Program.cs

串口通信

串口通信中，数据以帧的形式发送，每一帧通常包括：起始位（Start Bit）、数据位（Data Bits）、可选的奇偶校验位（Parity Bit）以及停止位（Stop Bits）。

同步通信

using System.IO.Ports;
using NModbus;
using NModbus.Serial;

var portName = "COM3";
var baudRate = 9600;

var port = new SerialPort();
// 设置串口名
port.PortName = portName;
// 设置波特率
port.BaudRate = baudRate;
// 设置奇偶校验方式，要跟Modbus Slave那边同步，默认是None，我这里改成偶校验了
port.Parity = Parity.Even;
// 停止位
port.StopBits = StopBits.One;

// 打开串口
port.Open();


var factory = new ModbusFactory();
// 创建一个Modbus RTU协议的Master
var master = factory.CreateRtuMaster(port);

// 数组输出为字符串
string ArrayToString<T>(T[] values, string sep = " ")
{
    return string.Join(sep, values.Select(r => Convert.ToString(r)).ToArray());
}

// 随机数对象
var random = new Random();

// 随机Boolean
bool RandomBoolean()
{
    return random.NextDouble() > 0.5;
}

// 随机ushort
ushort RandomUnsignedShort()
{
    return (ushort)random.Next(ushort.MinValue, ushort.MaxValue);
}

try
{
    // 写线圈
    var coilsToWrite = Enumerable.Range(0, 4).Select(i => RandomBoolean()).ToArray();
    Console.WriteLine($"写线圈：{ArrayToString(coilsToWrite)}");
    master.WriteMultipleCoils(1, 0, coilsToWrite);

    // 读线圈
    var coils = master.ReadCoils(1, 0, 4);
    Console.WriteLine($"读线圈：{ArrayToString(coils)}");

    // 写单个线圈 / 写之前
    Console.WriteLine($"读线圈：{ArrayToString(master.ReadCoils(1, 0, 4))}");

    // 写单个线圈
    var coilValue = RandomBoolean();
    master.WriteSingleCoil(1, 1, coilValue);
    Console.WriteLine($"写单个线圈（地址=1）：{coilValue}");

    // 写单个线圈
    coilValue = RandomBoolean();
    master.WriteSingleCoil(1, 2, coilValue);
    Console.WriteLine($"写单个线圈（地址=2）：{coilValue}");

    // 写单个线圈 / 写之后
    Console.WriteLine($"读线圈：{ArrayToString(master.ReadCoils(1, 0, 4))}");

    // 读输入状态
    var inputs = master.ReadInputs(2, 0, 4);
    Console.WriteLine($"读输入状态：{ArrayToString(inputs)}");

    // 写多个保持寄存器
    var registerValues = Enumerable.Range(0, 4).Select(i => RandomUnsignedShort()).ToArray();
    Console.WriteLine($"写保持寄存器：{ArrayToString(registerValues)}");
    master.WriteMultipleRegisters(3, 0, registerValues);

    // 写单个寄存器 / 写之前
    registerValues = master.ReadHoldingRegisters(3, 0, 4);
    Console.WriteLine($"读保持寄存器：{ArrayToString(registerValues)}");

    // 写单个寄存器
    var value = RandomUnsignedShort();
    Console.WriteLine($"写单个寄存器（地址=1）：{value}");
    master.WriteSingleRegister(3, 1, value);

    // 写单个寄存器
    value = RandomUnsignedShort();
    Console.WriteLine($"写单个寄存器（地址=2）：{value}");
    master.WriteSingleRegister(3, 2, value);

    // 写单个寄存器 / 写之后
    registerValues = master.ReadHoldingRegisters(3, 0, 4);
    Console.WriteLine($"读保持寄存器：{ArrayToString(registerValues)}");


    // 读多个输入寄存器
    var inputRegisters = master.ReadInputRegisters(4, 0, 4);
    Console.WriteLine($"读输入寄存器：{ArrayToString(inputRegisters)}");
}
catch (SlaveException ex)
{
    Console.WriteLine(ex.Message);
}

// 关闭串口
port.Close();